Μελέτη παλαιοϋδρολογικών και παλαιοκλιματικών συνθηκών στην ευρύτερη περιοχή της λίμνης Καστοριάς με χρήση ισοτοπικής γεωχημείας

Abstract

A key objective of this study was the investigation of palaeohydrological and paleoclimatic changes in Kastoria Lake basin. The benchmark was the archaeological excavations of Dispilio, the unique lakeside settlement excavation in Greece. The reconstitution of paleoclimatic conditions attempted through sediments initially and then through the study of biological material (animal bones) from the archaeological excavation of Dispilio. Animal bone and teeth samples subjected to suitable protocols for the extraction of the organic (collagen) and inorganic (hydroxyapatite) phase and then tested to identify any diagenetic events that might affect the paleoclimatic interpretation. Mineralogical methods (SEM, XRF, FTIR) applied to hydroxyapatite samples as well as the C/N ratio calculated for the collagen samples isolating a group of samples that have been affected by the interaction with ambient water and the precipitation of recrystallized apatite. Rest of samples subjected to isotopic analysis; δ18Oc, δ13C for hydroxyapatite and δ15N, δ13C, 14C for collagen samples.The isotope data δ18Oc, δ13C, δ15N on sediment samples from Dispilio excavated trenches in cross section showed the presence of wetter conditions about 3.5 kyr BP (3.8 cal kyr BP) and 4.7 kyr BP (5.5 cal kyr BP). The period about 2.4 kyr BP (2.5 cal kyr BP) presented δ18O -12.5 ‰ PDB and δ13C -21.7 ‰ PDB values. This pronounced shift to more negative oxygen and carbon isotope values reflected an intense drainage episode under the influence of wetter conditions and/or a strong anthropogenic pressure at the sub-basin of Neolithic settlement of Dispilio. Radiocarbon 14C measurements on collagen and sediment samples updated the literature database and in combination with the stable isotopes demonstrated an activation of stronger sedimentation mechanisms approximately 2.4 kyr BP as a result of deforestation episodes and/or under wetter conditions. Paleoclimatic equations between δ18Oc of animal bone hydroxyapatite and δ18Ow of drinking water were calculated and applied to the different kinds of animals. The vertical growth of drinking water δ18Ow values with respect to depth, and 14C values as resulted from the depth-radiocarbon model, detects a colder episode between 4.1 kyr BP (4.6 cal kyr BP) - 4.7 kyr BP (5.5 cal kyr BP) and then a transition to warmer conditions approximately about 2.4 kyr BP (2.5 cal kyr BP). Nitrogen isotope values for wild boar samples were higher than those of roe deer samples. According to the protein model based on the correlation between δ15N and precipitation regime, collagen samples from wild boar highlighted a diet with protein efficiency ratios of 70:30 mixtures of vegetable:plant protein. Conversely, if we don’t consider the precipitation regime plant and animal protein ratios were calculated 35% and 65% respectively. In addition to demonstrating the basically vegetarian diet of wild boar from Dispilio excavation, it was proved the influence of the precipitation regime on protein model.

Βασικός σκοπός της διατριβής ήταν η διερεύνηση παλαιοϋδρολογικών και παλαιοκλιματικών συνθηκών στην ευρύτερη περιοχή της λίμνης Καστοριάς με τη χρήση ισοτοπικών μεθόδων. Η ανασύσταση των παλαιοϋδρολογικών και παλαιοκλιματικών συνθηκών επιχειρήθηκε μέσα από ιζήματα αρχικά, καθώς και από τη μελέτη βιολογικού υλικού (οστά ζώων) από την αρχαιολογική ανασκαφή του Δισπηλιού όπου αφορά την μοναδική ανασκαφή λιμναίου οικισμού στην Ελλάδα. Αναπτύχθηκαν κατάλληλα πρωτόκολλα για την απομόνωση της οργανικής (κολλαγόνο) και ανόργανης (βιοαπατίτης) φάσης του βιολογικού υλικού, όπου και ελέγχθηκαν για τον εντοπισμό τυχόν διαγενετικών επεισοδίων που θα μπορούσαν να επηρεάσουν την παλαιοκλιματική ερμηνεία. Οι ορυκτολογικές μέθοδοι (SEM, XRF, FTIR) που εφαρμόστηκαν στα δείγματα υδροξυαπατίτη καθώς και ο λόγος C/N που υπολογίστηκε για τα δείγματα κολλαγόνου απομόνωσαν μία ομάδα δειγμάτων που είχε επηρεαστεί από την αλληλεπίδραση του ταφονομικού περιβάλλοντος με το νερό της λίμνης και την ενσωμάτωση επανακρυσταλωμένου απατίτη. Τα υπόλοιπα δείγματα χρησιμοποιήθηκαν για ισοτοπικές αναλύσεις στον υδροξυαπατίτη (δ18Οc, δ13C) και στο κολλαγόνο (δ15Ν, δ13C, 14C).Τα ισοτοπικά δεδομένα δ13C, δ18O, δ15N σε δείγματα ιζημάτων από την παρειά του σκάμματος της ανασκαφής του Δισπηλιού σε κάθετη τομή απέδειξαν την παρουσία πιο υγρών επεισοδίων περίπου το 3.5 kyr BP (3.8 cal kyr BP) και το 4.7 kyr BP (5.5 cal kyr BP). Η περίοδος περίπου το 2.4 kyr BP (2.5 cal kyr BP) παρουσίασε τιμές δ18O -12.5‰ PDB και δ13C -21.7‰ PDB. Αυτή η έντονη μετατόπιση σε πιο αρνητικές ισοτοπικές τιμές οξυγόνου και άνθρακα αντανακλούν ένα έντονο επεισόδιο απορροής υπό την επίδραση ενός έντονου υγρού επεισοδίου ή/και έντονης ανθρωπογενούς πίεσης στην υπολεκάνη απορροής του νεολιθικού οικισμού του Δισπηλιού. Οι μετρήσεις του ραδιοάνθρακα 14C σε δείγματα κολλαγόνου και ιζημάτων ενίσχυσαν τη βιβλιογραφική βάση δεδομένων και σε συνδυασμό με τα σταθερά ισότοπα απέδειξαν την ενεργοποίηση μηχανισμών εντονότερης ιζηματογένεσης περίπου το 2.4 kyr BP ως αποτέλεσμα επεισοδίων αποψίλωσης και/ή σε μία περίοδο με πιο υγρές συνθήκες. Υπολογίστηκαν και εφαρμόστηκαν παλαιοκλιματικές εξισώσεις συσχέτισης μεταξύ των τιμών δ18Oc του υδροξυαπατίτη των οστών και των τιμών δ18Ow του πόσιμου νερού για την άγρια πανίδα. Η κατακόρυφη ανάπτυξη των τιμών δ18Ow του πόσιμου νερού σε σχέση με το βάθος, και εν συνεχεία με τις τιμές 14C όπως προέκυψαν από το μοντέλο βάθους-ραδιοχρονολογήσεων, εντοπίζει ένα ψυχρότερο επεισόδιο μεταξύ 4.1 kyr BP (4.6 cal kyr BP) - 4.7 kyr BP (5.5 cal kyr BP) ενώ στη συνέχεια, μια μετάβαση σε θερμότερες συνθήκες περίπου το 2.4 kyr BP (2.5 cal kyr BP). Οι ισοτοπικές τιμές αζώτου για τα δείγματα αγριόχοιρων είναι μεγαλύτερες από αυτές των ζαρκαδιών. Σύμφωνα με το μοντέλο πρωτεΐνης, βασισμένο στη συσχέτιση των τιμών δ15Ν και του ύψους κατακρημνισμάτων τα δείγματα κολλαγόνου του αγριόχοιρου εμφάνισαν ποσοστά φυτικής και ζωικής πρωτεΐνης 70% και 30% αντίστοιχα. Αντίθετα, στην περίπτωση που δεν λαμβάνονταν υπόψιν τα κατακρημνίσματα τα ποσοστά φυτικής και ζωικής πρωτεΐνης υπολογίστηκαν 35% και 65% αντίστοιχα. Πέρα λοιπόν από την απόδειξη της κατά βάση φυτοφαγικής δίαιτας των αγριόχοιρων από την ανασκαφή του Δισπηλιού απεδείχθη και η διατάραξη του μοντέλου πρωτεΐνης στην περίπτωση που δεν λαμβάνεται υπόψη η κατανομή των κατακρημνισμάτων στις υπό μελέτη λεκάνες απορροής, οδηγώντας σε λανθασμένα συμπεράσματα.